陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件和將靜密封件附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的方法
【專利摘要】提供一種陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)構(gòu)件和將靜密封件附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的方法。CMC構(gòu)件包括第一端部和第二端部。CMC金屬界面部件附接至第二端部。CMC金屬界面部件可操作地結(jié)合至燃氣渦輪中的靜密封件。
【專利說明】陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件和將靜密封件附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的方法
[0001]相關(guān)技術(shù)的交叉引用
本專利申請主張對美國臨時專利申請編號61/666，815的益處，其在2012年6月30申請并且稱為“陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件和將靜密封件附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的方法(CERAMIC MATRIX COMPOSITE COMPONENT AND A METHOD OF ATTACHING A STATIC SEAL TOA CERAMIC MATRIX COMPOSITE COMPONENT) ”，如同完全重寫地將其內(nèi)容通過參照而合并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明大體涉及渦輪。更具體地，涉及陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)構(gòu)件和將金屬密封件附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的方法。

【背景技術(shù)】
[0003]曾經(jīng)已經(jīng)使用許多技術(shù)來制造渦輪發(fā)動機構(gòu)件，例如使用陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)的渦輪葉片或噴嘴。制造CMC構(gòu)件的一種方法涉及包含纖維性材料的碳化硅基質(zhì)復(fù)合物的生產(chǎn)，該纖維性材料滲透有熔化的硅，在本文中指(Silcomp)加工。該纖維通常具有大約140微米或更大的直徑，這防止了難理解的、復(fù)雜的形狀，例如將通過(Silcomp)加工制造的渦輪葉片構(gòu)件。
[0004]制造CMC渦輪葉片的另一種技術(shù)是公知為漿體鑄型熔化浸滲法(MI)加工的方法。在使用漿體鑄入MI方法制造的一種方法中，通過首先提供均衡的二維(2D)織布的折疊來產(chǎn)生CMC，該織布包括包含碳化硅(SiC)的纖維，具有彼此成基本90角的兩個編織方向，帶有在編織的兩個方向上延伸的基本相同數(shù)量的纖維。
[0005]通常，這種渦輪構(gòu)件要求鄰近的金屬硬件和/或金屬表面的附接。與將CMC附接至金屬硬件相關(guān)的兩個缺點為:通過手的金屬硬件的磨損、研磨的陶瓷材料表面；和在CMC中的負載分布的缺乏。負載分布在CMC構(gòu)件和金屬表面(例如罩)之間的界面中是關(guān)鍵的。典型地，已經(jīng)將金屬墊片或陶瓷布插入在CMC和金屬表面之間以改進負載分布。通過涂層向金屬硬件或涂層向噴嘴附接表面的應(yīng)用，使磨損典型地降低。
[0006]因此，在本領(lǐng)域中所希望的是，不遭受上述缺點的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)構(gòu)件和將金屬密封件附接至CMC構(gòu)件的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本公開的示范實施例，提供一種陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件。陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件包括第一端部和第二端部。陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件包括附接至第二端部的CMC金屬界面部件。CMC金屬界面部件可操作地結(jié)合至燃氣渦輪中的靜密封件。
[0008]根據(jù)本公開的另一示范實施例，提供一種將靜密封件附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的方法。該方法包括提供陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件，其具有第一端部和第二端部。該方法包括提供CMC金屬界面部件。該方法包括將CMC金屬界面部件附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的第二端部。該方法包括提供靜密封件和將靜密封件接合至CMC金屬界面部件。CMC金屬界面部件形成用于凈化轉(zhuǎn)子空氣的氣室。
[0009]本發(fā)明的其他的特征和優(yōu)點從結(jié)合附圖進行的優(yōu)選實施例下列的更詳細的描述中將變得顯而易見，附圖通過實例示出本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本公開的CMC構(gòu)件的透視示意剖面圖。
[0011]圖2是本公開的CMC構(gòu)件的透視示意剖面圖。
[0012]圖3是本公開的CMC構(gòu)件的示意頂視局部視圖。
[0013]圖4是本公開的將靜密封件附接至CMC構(gòu)件的方法的流程圖。
[0014]只要有可能，將在附圖全部中使用相同的標號代表相同的部分。

【具體實施方式】
[0015]提供了陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)構(gòu)件和將金屬密封件附接至CMC構(gòu)件的方法。
[0016]本公開的實施例的一方面包括提供用于CMC構(gòu)件的蜂窩型密封件附接。本公開的另一方面為，該系統(tǒng)允許CMC構(gòu)件和CMC金屬界面部件的不同的熱生長。本公開的又一方面為該系統(tǒng)提供翼形件空腔密封。本公開的另一方面為該系統(tǒng)提供用于供應(yīng)轉(zhuǎn)子凈化空氣的氣室。
[0017]圖1和圖2是CMC構(gòu)件10的透視示意剖面圖。CMC構(gòu)件可包括第一端部14和與第一端部對置的第二端部16。CMC構(gòu)件10可包括由外部層12圍繞的沖擊緩沖空腔。CMC構(gòu)件10可為非旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，例如但不限于，靜葉或噴嘴。例如，如附圖中所繪出，構(gòu)件10可為噴嘴。在一個實施例中，CMC構(gòu)件10可附接至噴嘴架80。可通過任何適當?shù)姆绞綄娮旒?0附接至燃氣渦輪的外殼90。CMC構(gòu)件10可鄰近燃氣渦輪中的旋轉(zhuǎn)葉片100。
[0018]根據(jù)一個實施例，CMC構(gòu)件可包括CMC金屬界面部件，其附接至CMC構(gòu)件的第二端部，從而產(chǎn)生在CMC構(gòu)件下面的氣室，來在需要轉(zhuǎn)子凈化時分配空氣。例如，如圖1和圖2所示，CMC構(gòu)件10可包括CMC金屬界面部件50或附接至CMC構(gòu)件10的第二端部16的密封箱。CMC金屬界面部件50可產(chǎn)生在CMC構(gòu)件10下面的氣室，來在需要轉(zhuǎn)子凈化時分配空氣。如圖2所示，用于凈化轉(zhuǎn)子的空氣為箭頭標示120。在一個實施例中，如所示，CMC金屬界面部件50可橫跨單個CMC構(gòu)件10。在備選實施例中，CMC金屬界面部件50可橫跨多個CMC構(gòu)件10并且可橫跨圍繞CMC構(gòu)件10的多達滿360度的環(huán)。用于CMC金屬界面部件50的材料，可包括但不限于，金屬、金屬合金、以及它們的結(jié)合，例如合金可包括鎳基超級合金、鈷基超級合金以及它們的結(jié)合。CMC金屬界面50可包括供應(yīng)管64，其離開進入鄰近靜密封件40的通道54。例如，如圖1和圖2所示，供應(yīng)管60可從CMC金屬界面50突出入沖擊緩沖空腔30。在備選實施例中，供應(yīng)管64可從沖擊緩沖空腔30向下延伸入CMC金屬界面50。在另一實施例中，作為使用供應(yīng)管64的替代，為了產(chǎn)生氣室，附接部件70可包括通道或孔(未顯示)來容納轉(zhuǎn)子凈化空氣120。在備選實施例中，CMC金屬界面50可為非承壓的。
[0019]根據(jù)一個實施例，CMC金屬界面部件可包括附接部件。例如，如圖1和圖2所示，CMC金屬界面部件50包括附接部件70?？赏ㄟ^任何適當方式，例如但不限于，將附接部件70叩入CMC金屬界面部件50、使用螺母將附接部件70固定至CMC金屬界面部件50、使用插入物將附接部件70固定至CMC金屬界面部件50，來將附接部件70附接至CMC金屬界面部件50。用于附接部件70的材料，可包括但不限于，金屬、金屬合金、以及它們的結(jié)合，例如合金可包括鎳基超級合金、鈷基超級合金以及它們的結(jié)合。
[0020]根據(jù)一個實施例，可通過附接部件將CMC金屬界面部件附接至CMC構(gòu)件。例如，如圖1和圖2所示，可通過附接部件70將CMC金屬界面部件50附接至CMC構(gòu)件10。如圖3所示，附接部件70可附接至CMC構(gòu)件10的沖擊緩沖空腔30。在一個實施例中，附接部件70可為任意期望長度的螺栓。在一個實施例中，沖擊緩沖空腔30可包括用于容納附接部件的孔(未顯示)，該孔可刻螺紋來容納附接部件70。在另一實施例中，附接部件70可不固定在沖擊緩沖空腔30中，而是可使用螺母或其它止動部件來將附接部件70穩(wěn)固地保持于在CMC構(gòu)件10的第二端部16處的適當位置。
[0021]根據(jù)一個實施例，CMC金屬界面部件可提供表面來將靜密封件結(jié)合至CMC構(gòu)件。例如，如圖1和圖2所示，CMC金屬界面部件50可提供表面來將靜密封件40結(jié)合至CMC構(gòu)件10?？赏ㄟ^任何適當?shù)慕Y(jié)合方法，例如但不限于銅焊和焊接，將靜密封件40附接至CMC金屬界面部件50。在CMC金屬界面50和靜密封件40之間的接合處在圖1和圖2中顯示。在一個實施例中，靜密封件40可為蜂窩型密封件。用于靜密封件40的材料，可選自但不限于，金屬、金屬合金、以及它們的結(jié)合，例如合金可包括鎳基超級合金、鈷基超級合金以及它們的結(jié)合。靜密封件40可鄰近燃氣渦輪中的旋轉(zhuǎn)密封件110。
[0022]根據(jù)一個實施例，將金屬密封件附接至陶瓷基質(zhì)構(gòu)件的方法可包括使用CMC界面部件和靜密封件。例如，圖4繪出了將金屬密封件40附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件10的方法400的流程圖。方法400可包括提供陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件10，其具有第一端部14和第二端部16，步驟401 (見圖1和圖2)。方法400可包括提供CMC金屬界面部件50，步驟403 (見圖1和圖2)。方法400可包括將金屬界面部件50附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件10的第二端部16，步驟405 (見圖1和圖2)。方法400可包括提供靜密封件40，步驟407 (見圖1和圖2)。方法400可包括將靜密封件40結(jié)合至CMC金屬界面部件50，步驟409 (見圖1和圖2)。CMC金屬界面部件50可形成用于凈化轉(zhuǎn)子空氣的氣室并且可提供表面來將可為金屬的靜密封件40附接至CMC構(gòu)件10。
[0023]盡管已經(jīng)參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員將理解，可進行各種更改并且為它們的元件替換等同物而不脫離本發(fā)明的范疇。此外，可進行許多修改以使具體的條件或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離它們的基本范疇。因此，意圖為，本發(fā)明不限于公開的作為用于實施本發(fā)明的構(gòu)思出的最佳模式的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件，包括: 第一端部； 第二端部；以及 CMC金屬界面部件，其附接至所述第二端部； 其中，所述CMC金屬界面部件可操作地結(jié)合至燃氣渦輪中的靜密封件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物，其特征在于，所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件是靜構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物，其特征在于，所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件是靜葉或噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物，其特征在于，所述靜密封件是蜂窩型密封件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物，其特征在于，通過銅焊或焊接將所述靜密封件附接至所述CMC金屬界面部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物，其特征在于，通過螺栓將所述CMC金屬界面部件附接至所述第二端部。
7.一種將金屬密封件附接至陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的方法，其特征在于，包括: 提供陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件，其具有第一端部和第二端部； 提供CMC金屬界面部件； 將所述CMC金屬界面部件附接至所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件的所述第二端部； 提供靜密封件；以及 將所述靜密封件結(jié)合至所述CMC金屬界面部件； 其中，所述CMC金屬界面部件形成用于凈化轉(zhuǎn)子空氣的氣室。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件是靜構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物構(gòu)件是靜葉或噴嘴。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述靜密封件是蜂窩型密封件。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過銅焊或焊接將所述靜密封件附接至所述CMC金屬界面部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過螺栓將所述CMC金屬界面部件附接至所述陶瓷基質(zhì)構(gòu)件的所述第二端部。
【文檔編號】F01D9/04GK104379536SQ201380035129
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月30日
【發(fā)明者】J.H.格魯姆斯二世, D.G.塞尼爾, R.A.弗雷德里克, C.T.麥克米蘭 申請人:通用電氣公司